Dlaczego sterowniki silnika BLDC (1 kW) mają tak wiele tranzystorów MOSFET?

Mam trójfazowy silnik BLDC o mocy 1 kW z Chin i sam opracowywałem sterownik. Przy 48 V DC maksymalny prąd powinien wynosić około 25 A, a prąd szczytowy 50 A przez krótki czas.

Jednak kiedy badałem sterowniki silników BLDC, natknąłem się na 24 urządzenia MOSFET, które mają cztery IRFB3607 MOSFET na fazę (4 x 6 = 24).

IRFB3607 ma Id 82 Amperów w 25 ° C i 56 Amperów w 100 C. Nie mogę zrozumieć, dlaczego kontrolery będą projektowane z czterokrotnym prądem znamionowym. Pamiętaj, że są to tanie chińskie kontrolery.

Jakieś pomysły?

Tutaj możesz zobaczyć kontrolery, jeśli potrzebujesz przetłumaczonej części filmu, daj mi znać.

https://www.youtube.com/watch?v=UDOFXAwm8_w https://www.youtube.com/watch?v=FuLFIM2Os0o https://www.youtube.com/watch?v=ZeDIAwbQwoQ

Biorąc pod uwagę rozpraszanie ciepła, urządzenia te działałyby przy 15 kHz, więc około połowa strat byłaby stratą przełączania.

Należy pamiętać, że są to kontrolery chińskie o wartości 25 USD, a każdy mosfet kosztowałby wówczas około 0,25 USD. Nie sądzę, aby tym ludziom bardzo zależało na wydajności lub jakości. Te kontrolery są objęte gwarancją przez 6 miesięcy do 1 roku maksymalnie.

BTW w świeckim języku użytkowników, Mosfety nazywane są MOS-Tubes. Stąd rury.

Powodem używania wielu tranzystorów MOSFET jest zmniejszenie rozpraszania mocy, co powoduje tańszą konstrukcją.

Tak, jeden MOSFET może obsłużyć prąd, ale rozproszy pewną moc, ponieważ ma pewną rezystancję, zwykle 9 mhm dla IRFB3607 .

Przy 25 A oznacza to 25 A * 9 mΩ = 225 mV spadku

Przy 25 A oznacza to 25 A * 225 mV = 5,625 W rozproszenia mocy

Radiator do tego musiałby być znaczny.

Teraz wykonajmy te same obliczenia dla 4 IRFB3607 równolegle:

Teraz 9 mohm jest podzielone przez 4 z powodu 4 równoległych urządzeń:

9 m omów / 4 = 2,25 mhm

Przy 25 A oznacza to 25 A * 2,25 mΩ = 56,25 mV spadku

Przy 25 A oznacza to 25 A * 56,25 mV = 1,41 W rozproszenia mocy

To 1,41 W jest dla wszystkich MOSFETów razem, a więc mniej niż 0,4 W na MOSFET, z którymi mogą sobie łatwo poradzić bez dodatkowego chłodzenia.

Powyższe obliczenia nie biorą pod uwagę, że Rdson 9 mhm wzrośnie gdy rozgrzeje się MOSFET. To sprawia, że ​​pojedyncze rozwiązanie MOSFET jest jeszcze bardziej problematyczne, ponieważ wymagany jest jeszcze większy radiator. Rozwiązanie 4 MOSFET może „po prostu sobie poradzić”, ponieważ nadal ma pewien margines (0,4 W może wzrosnąć do 1 W i nadal byłoby OK).

Jeśli 3 MOSFET są tańsze niż jeden radiator (do rozpraszania 6 Watów), wówczas rozwiązanie 4 MOSFET jest tańsze .

Również koszty produkcji mogą być nieco niższe w przypadku umieszczenia 4 MOSFETÓW w porównaniu do 1 MOSFET + Radiator, ponieważ MOSFET musi być przykręcony lub przymocowany do radiatora, to praca ręczna, więc zwiększa koszty.

Dodatkową korzyścią jest to, że niezawodność staje się lepsza, ponieważ te 4 tranzystory MOSFET nie są „tak ciężko pracujące” jak pojedynczy tranzystor MOSFET.

Czy moglibyśmy zastosować MOSFET większy „4x”, 2,25 mhm?

Jasne, jeśli możesz to znaleźć! 9 mohm jest już dość niskie. Coraz trudniej (i drożej) jest obniżyć się wraz ze wzrostem wpływu drutów łączących. Z pewnością cztery MOSFET „na środku drogi” są tańsze niż jeden MOSFET o dużej zawartości tłuszczu.

W przypadku prawie wszystkich komponentów elektrycznych żywotność maleje wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku kondensatorów, które znajdują się w sterownikach silników BLDC w celu zmniejszenia szumów elektrycznych i szczytów wysokoprądowych.

Powiedzmy, że sterownik z 4 tranzystorami polowymi na fazę zwiększył temperaturę o 10 ° C przy obciążeniu znamionowym. Zakładając, że temperatura otoczenia wynosi 30 ° C, sterownik będzie działał w temperaturze 40 ° C. W tej temperaturze nawet aluminiowe kondensatory elektrolityczne w standardowym zakresie temperatur mogą wytrzymać ponad 120 000 godzin.

Gdyby ten sam sterownik miał być zbudowany z 1 FET na fazę zamiast 4, rezystancja zwiększyłaby się o współczynnik 4, a straty I ^ 2R również wzrosłyby o tę samą wartość. Przy tym samym radiatorze regulator doświadczyłby 4 razy więcej ciepła niż temperatura otoczenia. Teraz będzie działał w temperaturze 70 ° C. Skróciłoby to żywotność kondensatorów o około 10 razy, a także skróciłoby żywotność innych komponentów w podobny sposób. Aby temu przeciwdziałać, wymagany byłby większy radiator, a użycie większej liczby tranzystorów polowych byłoby tańsze (i mniejsze).